【正文】 ，用英文字母字頭縮寫表示為 ： { NB NM NS ZE PS PM PB} 2 定義模糊變量的模糊子集 定義一個(gè)模糊子集，實(shí)際上就是要確定模糊子集隸屬度函數(shù)曲線的形狀。對于多輸入多輸出 (MIMO)系統(tǒng)，其規(guī)則具有如下形式 : （ 41） 其中： （ 42） 的前提條件構(gòu)成了在直積空間 Xx.....xY上的模糊集合 結(jié)論是 q個(gè)空間作用的并，他們之間是相互獨(dú)立的。 3 加權(quán)平均法 這種方法取 的加權(quán)平均值為 z 的清晰值，即 ： 21 （ 85） 因?yàn)檫@種方法類似于物理中的物體重心的計(jì)算，所以也稱重心法。本系統(tǒng) DS10B20輸出 結(jié)果 乘 2正好是溫度值，因此， 4次采樣的數(shù)字量之和除以 2就是檢測的當(dāng)前溫度。圖 49 為報(bào)警子程序流程圖。這樣，整個(gè)模糊系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè) 2 輸入 3 輸出的系統(tǒng)。但圖 54 顯示當(dāng)使用模糊 PID 控制器 進(jìn)行控制時(shí)，相對于同等條件下的數(shù)字 PID 控制器而言，溫度上升速度相對較慢，但是在模糊 PID 控制器控制下基本沒有超調(diào)，加入與數(shù)字 PID 仿真中等量的干擾量之后也能迅速的消除擾動(dòng)。 電熱爐的供電電壓是經(jīng)可控硅整流電源提供的，它的電壓連續(xù)可調(diào)。 最后，我也衷心感謝所有給予我指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)們，你們的幫助使得我能夠順利的完成論文。在設(shè)計(jì)的過程中我遇到了不少的困難，但在老師和同學(xué)們的幫助和支持下，還有通過自身的努力，最后順利的完成論文撰寫。 6 設(shè)計(jì)總結(jié) 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)成一個(gè)溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，主回路由單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路和電加熱絲組成。 圖 53（ a）輸出 kp的隸屬度函數(shù) 圖 53（ b）輸出 ki的隸屬度函數(shù) 圖 53（ c）輸出 kd的隸屬度函數(shù) 圖 53 輸出的隸屬度函數(shù) 在模糊 PID 控制中， PID 控制器參數(shù)的整定必須考慮到在不同時(shí)刻三個(gè)參數(shù)的作用以及相互之間的互聯(lián)關(guān)系?？刂葡到y(tǒng)的目標(biāo)溫 度 設(shè)定值為 50℃ ，系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)為： T1=， T2=1,取k0= 系統(tǒng)的滯后時(shí)間常數(shù)τ =50s。由于 電爐開始加熱時(shí)，當(dāng)前溫度可能低于報(bào)警下限，為了防止誤報(bào)，在未達(dá)到預(yù)置溫度時(shí)，不允許報(bào)警，為此設(shè)置了報(bào)警允許標(biāo)志 F0。鍵盤管理子程序流程如圖 46所示。 模糊量的清晰化 在通過模糊推理得到模糊量之后，因?yàn)閷τ趯?shí)際的控制參數(shù)必須為清晰量， 因此需要將 kp、 ki、 kd 對應(yīng)的模糊量轉(zhuǎn)化成清晰量，這個(gè)過程就稱為去模糊化(Defuzzification)或者稱為模糊判決。 模糊 PID 控制規(guī)則是模糊控制的核心。在選定模糊化函數(shù)之后，還要確定輸入量的各個(gè)模糊子集 的模糊函數(shù)的定義域，使模糊子集的數(shù)目和范圍應(yīng)遍及整個(gè)輸入量論域，從而 對所有輸入量都有對應(yīng)的模糊函數(shù)。理論上說，模糊 PID控制器的維數(shù)越高，反應(yīng)的反饋信息越豐富，因此，控制效果也應(yīng)該越好，但是高維數(shù)的模糊控制器在工程實(shí)現(xiàn)時(shí)，不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時(shí)也對控制器的計(jì)算速度有了更高的要求，因此，目前廣泛實(shí)用的是二維模糊控制器，由于本文中控制系統(tǒng)采用二維模糊 PID 控制器，以下以二維模糊 PID 控制器設(shè)計(jì)為例進(jìn)行介紹。 電路中的 7805 是三端集成穩(wěn)壓器，輸出正 5V 直流電壓，輸入電壓至少大于7V，使輸入 /輸出之間有 2－ 3V及以上的壓差。當(dāng)輸入電信號加到輸入端發(fā) 光器件 LED 上， LED發(fā)光，光接受器件接受光信號并轉(zhuǎn)換成電信號，然后將電信號直接輸出，或者將電 14 信號放大處理成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電平輸出，這樣就實(shí)現(xiàn)了 “ 電－光－電 ” 的轉(zhuǎn)換及傳輸，光是傳輸?shù)拿浇?，因而輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，也稱為電隔離。 VDD 可選擇的 VDD 引腳 ， 當(dāng)工作于寄生 電源時(shí)，此引腳必須接地。因此用它來組成一個(gè)測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。然而，定時(shí)器 2 的標(biāo)志位 TF2 在計(jì)數(shù)溢出的那個(gè)周期的 S2P2 被置位，在同一 個(gè)周期被電路捕捉下來。對于 AT89S52， 位也是不能用的。一個(gè)機(jī)器周TF2 EXF2 RCLK TCLK EXEN2 TR2 C/T2 CP/RL2 7 6 5 4 3 2 1 0 RCLK+TCLK CP/RL2 TR2 MODE 0 0 1 16位自動(dòng)重載 0 1 1 16 位捕捉 1 X 1 波特率發(fā)生器 X X 0 （不用） 8 期采樣到高電平，而下一個(gè)周期采樣到低電平，計(jì)數(shù)器將加 1。其工作方式由特殊寄存器 T2CON 中的 C/T2 位選擇（如表 示）。 7 AT89S52 存儲(chǔ)器配置 程序存儲(chǔ)器： 如果 EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲(chǔ)器開始。 然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。 6 P3 口也可作為一些特殊功能口，如下表所示： 表 P3口第 2功能表 引腳 第 2功能 RXD（串行 口 輸入 端 ） TXD（串行口輸出 端 ） INT0（外部中斷 0請求輸入端，低電平有效 ） INT1（外部中斷 1請求輸入端，低電平有效 ） T0（ 定時(shí)器 /記時(shí)器 0 計(jì)數(shù)脈沖 輸入 端 ） T1（ 定時(shí)器 /記時(shí)器 1 計(jì)數(shù)脈沖 輸入 端） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 信號輸出端，低電平有效 ） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 信號輸出端，低電平有效 ） 這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。 單片機(jī) AT89S52 介紹 AT89S52 主要性能參數(shù) ???? 與 MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 ???? 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器 ???? 1000次擦寫周期 ???? 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz ???? 三級加密程序存儲(chǔ)器 ???? 32個(gè)可編程 I/O口線 ???? 三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ???? 八個(gè)中斷源 ???? 全雙工 UART串行通道 ???? 低功耗空閑和掉電模式 ???? 掉電后中斷可喚醒 AT89S52 可提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K字節(jié) Flash 閃存器， 256字節(jié)內(nèi)部 RAM，32個(gè) I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針， 3個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。當(dāng)調(diào)整可控硅觸發(fā)線路中的偏置電壓，即改變了可控硅導(dǎo)通角α，于是可控硅整流電源的電壓可根據(jù)需要連續(xù)可調(diào)。輸出電路用來輸出數(shù)字信號，利用鍵盤可以實(shí)現(xiàn)人與系統(tǒng)之間的聯(lián)系。 常規(guī)的溫度控制方法以設(shè)定溫度為臨界點(diǎn)，超出設(shè)定允許范圍即進(jìn)行溫度調(diào)控：低于設(shè)定值就加熱，反之就停止或降溫。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 基于模糊 PID 算法的恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 系（院）：物理與機(jī)電工程學(xué)院自動(dòng)化系 專 業(yè)：自動(dòng)化 班 級： 級 指導(dǎo)教師姓名及職稱： 講師 起止時(shí)間： 2020 年 10 月 —— 2020 年 5 月 （教務(wù)處制表） 基于模糊 PID算法的恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要： 在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度控制通常具有單向性、滯后性、大慣性和時(shí)變性的特點(diǎn)，所以實(shí)現(xiàn)溫度控制的快速性和準(zhǔn)確性，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。這種方法實(shí)現(xiàn)簡單、成本低，但控制效果不理想，控制溫度精度不高、容易引起震蕩，達(dá)到穩(wěn)定點(diǎn)的時(shí)間也長 ， 而采用 模糊 PID 算法進(jìn)行溫度控制，它具有控制精度高，能夠克服容量滯后的特點(diǎn)，特別適用于負(fù)荷變化大、容量滯后較大、控制品質(zhì)要求又 很高的 并且能夠自適應(yīng)的 控制系統(tǒng)。單片機(jī)系統(tǒng)可用數(shù)碼管顯示溫度的實(shí)際值和預(yù)設(shè)值，可用鍵盤輸入設(shè)定值。而只要改變可控硅管的導(dǎo)通時(shí)間便可改變加熱線功率，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。同時(shí)， AT89S52可降至 0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。 RST：復(fù)位輸入。在 地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位 置 “ 1”， ALE 操作將無效 。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對于 89S52，如果 EA 接 VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲(chǔ)器（地址為 0000H～ 1FFFH）開始，接著 從外部尋址，尋址地址為： 2020H～ FFFFH。定時(shí)器 2有三種工作模式：捕捉方式、自動(dòng)重載（向下或向上計(jì)數(shù)）和波特率發(fā)生器。在檢測到跳變的這個(gè)周期的 S3P1 期 間，新的計(jì)數(shù)值出現(xiàn)在寄存器中。用戶軟件不應(yīng)給這些位寫 1。 表 寄存器 IE 中斷允許控制位 =1 允許中斷 中斷允許控制位 =0 禁止中斷 表 中斷允許控制寄存器 符號 地址 位功能 EA 中斷允許總控制位。 1. DS18B20 產(chǎn)品的特點(diǎn) A． 只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。 的結(jié)構(gòu)及原理 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器。 光電耦合隔離器在單片機(jī)控制系統(tǒng)中常用的有三極管型、單向可控硅型、雙向可控硅型等幾種，如圖 39所示 圖 39 光電耦合隔離器類型 報(bào)警和按鍵電路 鍵盤設(shè)置 4個(gè)功能鍵，分別是啟動(dòng)、 “ 百位 +” 、 “ 十位 +” 和 “ 個(gè)位 +” 鍵，由 P1 口低 4位作為鍵 盤接口。 圖 312 7805引腳圖 16 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 主程序采用中斷嵌套方式設(shè)計(jì)，各功能模塊可直接調(diào)用。 圖 42 模糊 PID 控制器的結(jié)構(gòu) 輸入量的模糊化 在確定了模糊 PID 控制器的結(jié)構(gòu)之后，要對采樣進(jìn)入控制器的兩個(gè)輸入 量 進(jìn)行模糊化，以便實(shí)現(xiàn)模糊算法。 模糊 PID 控制規(guī)則的設(shè)計(jì) 控制規(guī)則是模糊 PID 控制器的核心部分，它包括三個(gè)部分：選擇 描述輸入 和輸出變量的詞集，定義模糊變量的模糊子集，建立模糊控制器的控制規(guī)則。因此如何建立模糊規(guī)則就成為一個(gè)十分關(guān)鍵的問題。常用的清晰化計(jì)算通常有以下幾種： 1 最大隸屬度函數(shù)法 若輸出量模糊集合 C39。 22 圖 46 鍵盤管理子程序 顯示模塊 顯示子程序的功能是將顯示緩沖區(qū) 57H 和 58H 的二進(jìn)制數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)換成三個(gè)BCD 碼，分別存入百位、十位和個(gè)位顯示緩沖區(qū)（ 54H、 55H 和 56H 單元），然后通過串口送出顯示。模塊流程見圖 48。 當(dāng)前溫度 預(yù)置溫度差高字節(jié) →A差低字節(jié) →B當(dāng)前溫度 ≤ 預(yù)置溫度預(yù)置溫度 當(dāng)前溫度差高字節(jié) →A差低字節(jié) →B置 允 許 報(bào)警 標(biāo) 志差＞ 5允